多功能機(jī)械傳動(dòng)測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)

李雙岑 張攀

摘 要： 根據(jù)現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)教學(xué)研究的需要，本文提出了一種多功能機(jī)械傳動(dòng)測(cè)試平臺(tái)。該平臺(tái)以齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)為研究對(duì)象，快速實(shí)現(xiàn)不同類型傳動(dòng)裝置的拆裝和調(diào)節(jié)，最終完成對(duì)各種傳動(dòng)裝置傳動(dòng)性能的測(cè)試。以不同機(jī)械傳動(dòng)裝置為基礎(chǔ)，搭建了模塊化的多功能試驗(yàn)平臺(tái)，通過試驗(yàn)得到了預(yù)期的效果。

關(guān)鍵詞： 測(cè)試平臺(tái)；傳動(dòng)性能；模塊化；多功能

中圖分類號(hào)：TH132 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

機(jī)械傳動(dòng)裝置是實(shí)際工程應(yīng)用中最為普遍的一類關(guān)鍵零部件。隨著現(xiàn)代機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)在各方面參數(shù)性能上都得到了極大的優(yōu)化，使得產(chǎn)品可以符合不同實(shí)際工況下人們對(duì)傳動(dòng)裝置性能的要求。工程技術(shù)人員都希望能設(shè)計(jì)出一臺(tái)振動(dòng)小、噪聲低、效率高的機(jī)械，而對(duì)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)、研究以及性能的測(cè)試都是研究的熱點(diǎn)。機(jī)械傳動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)是傳動(dòng)裝置或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)科學(xué)研究和綜合性能試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為后期產(chǎn)品的優(yōu)化以及運(yùn)動(dòng)分析提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)及參考，因此具有十分重要的意義[1]。

2多功能機(jī)械傳動(dòng)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)方案及工作原理

根據(jù)對(duì)傳統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的分析和改進(jìn)，本文提出了一種新型開放功率式測(cè)試平臺(tái)。開放功率式測(cè)試平臺(tái)是指功率從動(dòng)力模塊輸出后，經(jīng)過機(jī)械傳動(dòng)模塊產(chǎn)生消耗，最后傳到加載模塊，加載模塊把傳遞的功率消耗掉，因此其中能量或者說功率是開放的。其結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

開放功率式測(cè)試平臺(tái)的特點(diǎn)是制造、安裝便捷，加工成本低廉，結(jié)構(gòu)緊湊，加載相對(duì)靈活，對(duì)測(cè)試裝置要求相對(duì)不高，滿足實(shí)際應(yīng)用要求。

圖2為多功能機(jī)械傳動(dòng)測(cè)試平臺(tái)主要部件布局示意圖，它分為齒輪傳動(dòng)測(cè)試部分和帶、鏈傳動(dòng)測(cè)試兩個(gè)部分。在齒輪傳動(dòng)測(cè)試部分源電機(jī)作為動(dòng)力源。本文采用了兩種磁粉制動(dòng)器，一種為單軸，一種為雙軸，它們的安裝定位尺寸一樣。單軸的磁粉制動(dòng)器用于齒輪傳動(dòng)測(cè)試部分的加載，雙軸的磁粉制動(dòng)器用于傳遞動(dòng)力。若采用雙軸的磁粉制動(dòng)器，即源電機(jī)同時(shí)還擔(dān)任帶、鏈傳動(dòng)的動(dòng)的動(dòng)力源。所以對(duì)于帶、鏈傳動(dòng)測(cè)試部分，電機(jī)的動(dòng)力源可以有兩個(gè)，加載模塊也可以有兩個(gè)。當(dāng)動(dòng)力源為齒輪傳動(dòng)測(cè)試的源電機(jī)時(shí)，加載模塊采用燈泡負(fù)載，通過燈泡的亮度直觀反映負(fù)載變化情況，此時(shí)磁粉制動(dòng)器為雙軸的；當(dāng)動(dòng)力源為帶、鏈傳動(dòng)測(cè)試部分的電機(jī)時(shí)，加載模塊為磁粉制動(dòng)器，此時(shí)磁粉制動(dòng)器為單軸的。因此，本機(jī)械傳動(dòng)測(cè)試平臺(tái)既能完成單一的齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的測(cè)試，也能通過部件模塊化拆裝，便捷地完成多級(jí)傳動(dòng)的綜合性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

3 多功能機(jī)械傳動(dòng)測(cè)試平臺(tái)測(cè)試內(nèi)容

多功能機(jī)械傳動(dòng)測(cè)試平臺(tái)可以完成對(duì)傳動(dòng)裝置多方面性能的測(cè)試，包括齒輪傳動(dòng)的性能測(cè)試以及帶、鏈傳動(dòng)的性能測(cè)試。主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）跑合實(shí)驗(yàn)：測(cè)試正反轉(zhuǎn)的跑合，包括高低速跑合和空載、負(fù)載情況下的跑合，主要觀察傳動(dòng)相關(guān)部位熱現(xiàn)象，監(jiān)測(cè)有無異?，F(xiàn)象。

（2）溫升實(shí)驗(yàn)：溫度的測(cè)試是針對(duì)齒輪傳動(dòng)的，主要測(cè)試齒輪傳動(dòng)過程的相關(guān)部位的溫度變化。將溫度傳感器置于傳動(dòng)裝置箱體的潤(rùn)滑油中，測(cè)試油溫變化；采用非接觸式的紅外溫度傳感器測(cè)試輸入軸、輸出軸軸承端的溫度。通過記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，繪制曲線圖，評(píng)估傳動(dòng)裝置的性能。

（3）傳動(dòng)效率實(shí)驗(yàn)：通過轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量各傳動(dòng)裝置輸入軸、輸出軸的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，通信傳輸給上位機(jī)，結(jié)合理論公式并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理從而確定出不同工況下的傳動(dòng)效率。

（4）齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB/T 14229-1993的《齒輪接觸疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)方法》，通過對(duì)被測(cè)傳動(dòng)裝置進(jìn)行負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，可以測(cè)試齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度。

（5）振動(dòng)噪聲實(shí)驗(yàn)：齒輪、帶、鏈在傳動(dòng)過程中都有周期性嚙合的特點(diǎn)，振動(dòng)和噪音是必然的，利用振動(dòng)和噪音測(cè)試儀器可以便捷測(cè)出數(shù)據(jù)。

（6）帶傳動(dòng)滑差率實(shí)驗(yàn)：帶的打滑是帶傳動(dòng)的一個(gè)特性，通過逐步加載實(shí)驗(yàn)可以觀察并分析帶的彈性滑動(dòng)及打滑現(xiàn)象，繪制出滑差率曲線。

（7）鏈傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)實(shí)驗(yàn)：觀察鏈傳動(dòng)多邊形現(xiàn)象和測(cè)其角速度不均勻系數(shù)。

（8）齒輪回程誤差實(shí)驗(yàn)：通過編碼器測(cè)量被測(cè)減速器輸入軸和輸出軸各自的角位移，與理論值相比較，通過數(shù)據(jù)處理得到其回程誤差[2-3]。

4 結(jié)束語

本文的多功能機(jī)械傳動(dòng)測(cè)試平臺(tái)整合了齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的三大傳動(dòng)，相對(duì)于市面上常見的單一測(cè)試平臺(tái)有巨大優(yōu)勢(shì)。其中齒輪傳動(dòng)包括各種中心距、不同類型的減速器，并且測(cè)試不同的待測(cè)減速器時(shí)不用另加墊塊，安裝調(diào)節(jié)十分方便；帶傳動(dòng)包括普通平帶、V帶、同步帶，每種類型的帶的傳動(dòng)比、中心距也有不同的變化；鏈傳動(dòng)包括滾子鏈和齒型鏈，也有不同中心距，不同的傳動(dòng)比?？傊?，可測(cè)項(xiàng)目多，基本可滿足實(shí)際教學(xué)科研需要。

本文中的測(cè)試平臺(tái)采用可自主拼接的結(jié)構(gòu)，采用多種類型的電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)裝置、加載裝置、傳感器和工控機(jī)等模塊組成。實(shí)驗(yàn)人員還可以通過不同類型的實(shí)驗(yàn)，選擇合適的加載設(shè)備或被測(cè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行相關(guān)控制實(shí)驗(yàn)、原理驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)等，因此具有很好的科研價(jià)值。■

參考文獻(xiàn)

[1]樓紅偉，馬振書，孫華剛. 大型多功能機(jī)械傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)[J]. 機(jī)械傳動(dòng)，2013，37（09）：136-139.

[2]孫孟琴. 機(jī)械傳動(dòng)性能的實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J]. 科技視界，2015（31）：141.

[3]溫虎，向中凡，姚紅梅. 一種新型多功能機(jī)械傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)械傳動(dòng)，2004（02）：58-60.